书城科普读物科学伴你行-奇特的生物绝招
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第8章 微生物与人类(1)

酒的酿造

酒,是人们喜爱的一种饮料,因为它具有特殊的提神、兴奋的作用,喝少量的酒还可以舒筋活络、解除疲劳。如果在白酒中加入虎骨、人参、蛤蚧等,还具有治疗一些疾病的效用,所有的酒实际上已经成为我们生活中不可缺少的东西。

在我国,酿酒的历史悠久,据推算至少已有四五千年的历史了。酒的种类也非常多,按其原料和酿造工艺的不同,可分为白酒、黄酒、葡萄酒、果露和啤酒。不管什么酒,都是通过微生物酵母菌的发酵作用而得来的。能造酒的微生物主要是酵母菌,它们在无氧条件下,先将原料中的糖类经过叫做双磷酸已糖的途径(简称为E—M途径)分解变成丙酮酸。这条代谢途径很重要,包括人在内的绝大数生物的碳源利用,都是沿着这条途径进行的,酸母菌将丙酮酸进一步发酵就成了酒。

自然界中含有现成糖类的原料很少,大都是含有糖类的淀粉。可是,酵母菌因为不会产生消化淀粉的淀粉酶,所以它不能直接利用含淀粉的原料。

我国古代劳动人民在长期劳动实践中,创造出独特的酿酒工艺,拿白酒为例:

首先是制曲,即用部分淀粉原料与一些霉菌——曲霉(主要是一些黑曲霉、黄曲霉和红曲霉)和根霉混合制成。再利用曲中的微生物淀粉酶将淀粉水解成糖(称糖化),然后再利用酵母菌在厌氧条件下把糖转变成酒精(称酒精发酵)。像这样利用几种、甚至几十种微生物同时进行发酵是我国特有的发酵方法。从现代微生物学的观点来看,利用曲进行酿酒,实际上是一个先后利用两类微生物的生理活动进行酒精发酵的酿酒工艺,它不但在世界酿酒史上是最早把霉菌应用到酿酒业中,而且对现代工业微生物学的发展也有一定的意义。

我国的各类名酒其芳香味道不同,其主要原因就是应用的霉菌、酵母菌的种类不同。这些微生物都有自己特定的酶系统,使酿造的工艺和成品质量各有千秋。汾酒是以清香风格闻名,沪州特曲又以芳香浓郁、爽口甘冽著称,这都是由于微生物发酵时产生的类物质的差异造成的。

在我国根据微生物发酵时产生的酯类差异把白酒分为四种比较典型的香型,清香型、浓香型、酱香型和米香型,前边提到的山西汾酒是以乙酸乙酯为主体的清香型,沪州特曲属浓香型,而驰名中外的茅台酒则属酱香型。

酒的种类很多,酒的名字也五花八门,有的酒是按原料取的,如葡萄酒、高粱酒;有的按产地取名,如汾酒、孔府家酒;有的按酒色取名,如白酒、黄酒,但不论什么名称的酒,又大致可分为“高度酒”和“低度酒”两大类。

所谓高度酒,是指乙醇含量较高的饮料酒,一般称为白酒,如北京的二锅头酒,酒精含量可达到65%。

其实在酿酒中,由于酒对微生物有杀菌作用,所以酿造时酒精的含量较低,一般不到15%,酒的浓度如果再提高,酵母菌就会难以生存。人喝的高浓度的酒是用加热的办法获得的,所以又有烧酒之称。酒在78℃时就能变成汽体跑出来,而水要在100℃时才能变成汽体。利用酒的这个特性,将低浓度的酒加热,控制一定的温度,只让酒跑出来而留下水,然后把蒸发出来的酒冷却,就得到了高浓度的酒,在古希腊时也有用这种原理制酒的。“威士忌”就是一种谷物的烧酒,“白兰地”是由葡萄酒加热制成的。工业上用的酒精也是这样制造的,它含水量极少,纯度很高。不过工业用的酒精常用甲醇、吡啶、苯或乙醚使之变性。

色美味佳的葡萄酒

当你走进生产葡萄酒车间的大门,就会高兴地看到那一串串的葡萄“坐在”传送带上,通过一排排“喷泉”,把它们身上洗得干干净净,然后送上葡萄破碎机,很快就变成了葡萄浆,不久,葡萄浆就变成了酵母菌的“美味佳肴”。酵母菌吃了葡萄浆里的糖之后,排出乙醇和二氧化碳。这时,池里的气泡不断往上冒,逸出的二氧化碳将葡萄皮及籽冲到表面,生成很厚的浮渣,这就是发酵现象。浮渣与空气接触面积大,而且含有很多酵母,所以发酵非常快,加上热量不易散发,温度很快上升,不利于酵母繁殖,而且浮渣隔绝了发酵液中二氧化碳的排出和氧气的输入,会影响发酵的正常进行,所以每天必须将浮渣与发酵液充分混合几次,这样还可以促进果皮和种子中所含的色素、单宁以及芳香成分的抽出。发酵过程中维持温度在25℃—30℃,经过几天的旺盛发酵,因糖分的减少而使发酵作用逐渐缓慢下来。以上过程为前发酵。

前发酵结束后,除去残渣并压榨过滤,将过滤出的未成熟的新酒再进行后发酵。

后发酵一般是在贮酒桶中完成。贮酒桶放在发酵室内,温度一般控制在10℃~15℃。这时酵母菌的活动慢慢变得微弱。经过以上过程得到的酒汁经一定时间的贮存陈酿,然后配制、澄清、过滤、装瓶,便可得到成品——红葡萄酒了。

白葡萄酒的酿制方法与红葡萄酒的酿制不完全相同。首先是原料不同,红葡萄酒的原料是红葡萄,而白葡萄酒一般是用糖分很高的白葡萄制成的,如我国的张裕60号葡萄就是白葡萄酒的优质原料。另外,酿制方法也不尽相同,红葡萄酒是带葡萄皮一起发酵,让色素单宁尽量浸出;而白葡萄酒则是仅取葡萄汁进行发酵。除此之外,白葡萄酒的酿制要求比红葡萄酒更严格。

但它们的发酵过程基本相同,而且都需加入一定化学药物,只有这样才能抑制由果皮带入的杂菌,才能酿制出色、香、味均佳的葡萄酒。

用纤维素来制造酒精

酒精除一小部分用作饮料外,大部分用于其他工业。酒精的主要用途是作溶剂和原料,作为溶剂,用以制造染料、药物、塑料及油漆等;作为合成其他化合物的原料,它可以制备乙醚、乙酸、合成橡胶以及各种酯类。

用来制造酒精的原料,主要是淀粉和糖蜜等。用淀粉作为原料制造酒精,先要请曲霉、根霉或毛霉来帮忙,它们能把淀粉变成糖,然后再由酵母菌发酵把糖转化成酒精。但糖和淀粉都是我们生活所必需的物质,为了节约粮食,人们开始探索生产酒精的新途径。

纤维素虽然也是由许多葡萄糖分子连接起来构成的,但是它同淀粉在结构上大不一样,而且分子量要比淀粉大得多,通常它的分子长链中大约含有1万个以上的葡萄糖分子,这就是说,它很难被微生物所分解利用。

用纤维素作原料来生产酒精,须先用纤维素酶作用这些原料,把它们分解成糖类,然后再用酵母菌发酵使它们变成酒精。目前,在生产中利用绿色木霉、黑根霉菌分泌的纤维素酶,成功地用纤维素生产出了酒精。

啤酒的由来

啤酒,是人们喜爱的饮料,粤语将其读作“卑酒”,这是百分之百的译音。因我国无此酒,便突出它们的主要原料是“麦”,称之为“麦酒”(当年的驻外使节、游历官员所说的“麦酒”均指此物),上海方言中,它的读音是“皮(啤)酒。”

无论是“啤”、“卑”、“皮”都是Beer的音译,其实Beer也不是英语,乃是德语Bier的转化。虽然德国的慕尼黑有“啤酒”之乡的美称,然而啤酒也并不起源于德国,古埃及和巴比伦的居民早在几千年前便已开始用大麦酿酒,后来经由希腊人和罗马人传入欧洲,大概在公元纪元前不久,在今天属于法国的地方,出现了一种“塞尔瓦兹酒”,它是用大麦、燕麦或稞麦酿造而成,酒精的度数比现代啤酒高得多,但它是今天啤酒的远祖。

无论啤酒起源于哪里,它已成为我们今天生活中不可缺少的饮料。那么啤酒究竟是一种什么酒呢?实际上啤酒是以麦芽为原料、啤酒花为香料,经过糖化发酵而制成的。它含有丰富的营养和二氧化碳及少量乙醇,属低酒精度饮料。

以我国著名的青岛啤酒为例。青岛啤酒是选用浙江、河南优质的两棱大麦、大米和著名的青岛啤酒花和崂山矿泉水精心酿制的。酒液呈浅黄色,清澈透明,味道纯正爽口,苦中带甜,具有明显的酒花和麦芽香味。它除了含有原料中的营养成分之外,原料经过糖化、发酵后,大大提高了营养价值,其中含人体必需的8种氨基酸。另外,据推算,1升啤酒所产生的热能相当于250克面包或800毫升牛奶所产生的热量,所以啤酒有“液体面包”的美称。

此外,啤酒中的酒花浸出物和鲜啤酒中的酵母等都有健胃、助消化和利尿作用,酒液中的二氧化碳和酒花所产生的爽口的苦味相互配合,还有增进食欲的功效。

有一点需要说明,啤酒有11度、12度、14度之别,一般人都以为这是说它所含酒精的度数,其实不然,这里的“度”是指麦芽汁的浓度,“12度”

是指每公斤麦芽汁含有糖类120克,这样啤酒所含的酒精,多半是4.4度(一公斤啤酒含44毫升)。麦芽浓度在“18”、“20”之间的,即“黑啤”它所含酒精常在4~5度之间。麦芽汁浓度在7~9度的通常称之为“淡啤”。

何为“淡啤酒”呢?原来,美国人把啤酒称为“Ale”。这个本为萨克逊语的字,原指未经加入“忽布”(hop即酒花)的麦酒,现在则指比较淡的啤酒。Ale是比较文雅的说法,大多数人均称为“淡啤酒”为SmallBeer。

“忽布”是Hop的译音,现在把它叫做“酒花”、“香蛇麻”,是一种多年生、缠绕的草本植物,有雌雄之别,酿造啤酒时只用它的雌花,不用雄花,在花的基部附着有称为酒花香脂的黄白粉状脂质体,它是由树脂、芽香油及苦味物质所组成。啤酒所特有的苦味,来自酒花中的“苦酸乙”,醇厚的香味,来自它的芳香质树脂。

啤酒的生产,自从有了啤酒花并把啤酒花应用到啤酒生产之后,有了很大的进展。啤酒花的优点很多,可以抑制乳酸菌等微生物的生长、延长啤酒的存放时间,增加啤酒中的苦味和香味,产生雪白的泡沫,喝起来清凉爽口。

此外,啤酒花还有强心、镇静和抗结核的功能,因而对高血压、肾脏病引起浮肿的病人,以及心脏病和结核病患者,如适当饮用一些啤酒,可起到辅助治疗的作用。

啤酒的种类很多,其生产工艺也不尽相同。从大麦制成啤酒是一个比较复杂的过程,这主要是发酵世界里的各种“魔术师”分工合作的结果。一般是先把大麦制成麦芽,把大麦浸于水中2~3天,让它们慢慢地“胖”起来,再把它转移到有一定温度和湿度的“房子”里,几天之后,它就慢慢地吐出绿色的麦芽。这时,麦芽上形成了大量的淀粉酶,这些淀粉酶悄悄地“爬进”

麦粒里,把贮存在麦粒里的淀粉溶解(即液化)并糖化,从而形成了大量的麦芽糖。此外,还有一些蔗糖,接着,麦芽就被运去加温烘干。根据啤酒种类的不同要求,麦芽烘干有低温干燥(做浅色啤酒用),也有高温干燥(做黑啤酒用),说明麦芽的干燥对啤酒的风味、色泽均有很大影响。

其次,要选择啤酒用水。水是啤酒的主要成分之一,优良的水不应当影响糖化发酵,优良的水能提高酒的质量并赋予酒独特的风味,例如我国的青岛啤酒,捷克斯洛伐克的比尔森啤酒之所以品质优良,是和该地区的水质分不开的。除此之外,酿造啤酒还与啤酒花和对酵母的培养管理等因素有关。

那么,怎样将这些原料酿制出啤酒呢?具体做法是先将麦芽制成麦芽汁。把麦芽与水混合,磨成砂粒大小的麦芽粒,在温水中浸泡,并长时间搅拌,使含有麦芽粒的麦芽糖、蔗糖等溶解于水中,这时麦芽中的淀粉由于淀粉酶的活动进一步产生更多的麦芽糖,但淀粉还有一部分作为糊精留在麦芽汁中,因为啤酒是低度酒精,所以在啤酒的制造中,只需糖化60%左右的可发酵的碳水化合物就够了,其余的碳水化合物则作为糊精留下,使它赋予啤酒更大的营养价值。麦芽汁煮好后,即进行澄清、过滤,在澄清的麦芽汁中加入啤酒花煮好后,按发酵类型的要求迅速冷却到适当的温度,再根据对麦芽的浓度要求进行稀释,接入啤酒酵母进行发酵。

啤酒酵母来到麦芽汁里后,由于酵母本身就含有丰富的麦芽酶,先把麦芽糖分解成葡萄糖,接着又“大口吞吃”葡萄糖,排出乙醇和二氧化碳,这个过程叫做啤酒的前发酵。这时仍有残余的糖,因此还要进行后发酵,使酒中的二氧化碳增多,啤酒清澈及纯化。啤酒的后发酵是在密闭罐中进行的,时间长达1~4个月之久,温度在0~2摄氏度。后发酵结束,即可过滤、装瓶、杀菌(生啤酒不杀菌),这就是市场上出售的啤酒。

酱、酱油和豆豉

酱、酱油和豆豉等是我国人民首创的调味品,在世界酿造史上独具一格。

早在周朝时期(约2900年前)它的制作就已经很发达了,后来相继传到了越南、日本和其他国家。目前,已成为许多国家不可缺少的调味品。

做酱所用的原料很多,酱的种类也很多。用豆类可做成豆酱,小麦粉制成面酱,大米制成米酱,肉类制成肉酱,还有鱼酱、虾酱、花生酱、西瓜酱等名目繁多、举不胜举。做酱和做酒有点相似,也是先要做曲,不同的是制曲时控制的培养条件不同,生长的微生物种类也不一样,常见的是霉菌、酵母菌、乳酸杆菌。随着酱的种类不同,在制作方法上也各有千秋。拿米曲酱来说,它是先将米洗净、浸泡、蒸熟,再接种霉菌。这时米要含一定的水分以使霉菌生长得好,但不能过湿,否则细菌就会繁殖起来。经过一段时间的培养就成了曲,然后将曲和豆混合,混合前豆要经过磨碎、浸泡、蒸熟灭菌。

在28℃下培养,接着升温到35℃,再过一段时间就能造成一种厌氧的环境,这时曲中霉菌的菌丝死亡,而耐高温的酵母菌生长起来进行发酵,发酵结束后就成了食用的米曲酱。

从汉代开始,我国劳动人民就懂得了用豆、麦混合制成豆酱,可使得酱的味道更加鲜美的道理。从今天微生物学的观点来看,用豆、麦混合作原料,更加丰富了曲霉菌、酵母菌和细菌所需要的营养物质,更适合发酵微生物的生长繁殖,从而生成营养丰富的豆酱。

古代劳动人民在利用微生物制酱的同时往往以从酱的上部取出一部分酱汁作为调味品,这种香味独特、红褐色、有光泽、味道鲜美的液体,就称为酱油,现在酱油的生产工艺,就是由此演化,发展而来的。

首先将大豆或豆饼蒸熟,加面粉或炒过的小麦,使黄曲霉、米曲霉等生长繁殖制成曲。加食盐和水,经过酿造后,压榨成汁再经调制就成为酱油。

在酱油的酿造过程中,小麦中的淀粉首先被曲霉分解成糖分,再被酵母、曲霉、细菌等发酵成酒精、有机酸和氨基酸等。所生成的酒精再与有机酸结合变成酯类,这就是酱油的香味的由来。原料中的蛋白质被微生物的蛋白酶分解后,可以生成多种氨基酸,它可与碱结合而形成盐类,这些也是酱油中香味成分的来源之一。原料中的多糖被酵母菌、细菌发酵后,其产物与氨基酸结合则形成了酱油的颜色。